多聚酮的微生物合成及其多样性研究进展

多聚酮多是由微生物产生的一大类天然产物,在结构和功能上具有多样性。很多聚酮具有抗细菌、抗真菌、抗寄生虫、抗肿瘤等生物活性,有很大的临床应用价值。随着研究的不断深入,一方面更多的天然产物聚酮被发现。另一方面对它们合成相关酶的作用机制研究也更加深入。主要对多聚酮的合成机制以及多聚酮合成类型的多样性展开论述。

非无菌培养的微小卡罗藻次生代谢产物的细胞毒及其宏基因组酮基合成酶基因的筛选

目的:检测微小卡罗藻(Karlodinium micrum)粗提物的细胞毒活性,筛选其KS基因。方法:非无菌条件培养微小卡罗藻,用乙酸乙酯提取其粗产物,以脐静脉内皮细胞(HUVEC)为目标细胞,测定粗提取物的细胞毒活性;运用分子生物学方法对多聚酮合酶(PKS)基因的酮基合成酶(KS)基因进行筛选,运用BLAST进行比对和系统发生树进行分析。结果:微小卡罗藻培养液粗产物具有细胞毒活性,IC50值为70.8μg/mL。KS基因筛选获得680 bp的片段,并经测序推导出其氨基酸序列,该氨基酸序列与纤维多囊菌和点型念珠蓝细菌KS域的氨基酸序列同源性分别为60%和57%。结论:首次从非无菌培养的微小卡罗藻中筛选到PKS中KS域基因片段,为从中分离聚酮类化合物提供了基因学的依据。

埃博霉素(Epothilones)的PKS/NRPS杂合基因簇

埃博霉素是由粘细菌纤维堆囊菌产生的一类具有促微管聚合活性的大环内酯类化合物。埃博霉素生物合成的多酶复合体是一个由多个功能模块组成 ,同时含有多聚酮合酶 (PKS)和非核糖体肽合成酶 (NRPS)的大操纵子。根据同位素标记试验结果和合成酶全基因簇功能的推测 ,埃博霉素的生物合成包括聚酮链的引发、链合成的起始和噻唑环的形成、链的延伸和转移、链合成的终止释放和环化、及产物的后修饰 5个阶段。埃博霉素的PKS NRPS杂合基因簇是开展组合生物合成研究的良好材料。

极地抗植物病原真菌活性菌株PKS和NRPS基因的克隆与分析

植物常见病原真菌尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)为指示菌,采用平板扩散法对实验室保藏的38株极地细菌进行了抑菌活性验证,并对其中活性较强的菌株进行了分子鉴定与系统发育分析及次级代谢产物合成功能基因(PKS和NRPS)的克隆与分析。结果表明,38株极地细菌中,13株具有明显的抗病原真菌活性;分子鉴定与系统发育分析表明,11株活性菌株属于Pseudomonas,1株属于Psychrobacter,1株属于Arthrobacter;对活性菌株PKS和NRPS基因的克隆与分析表明,从10株活性菌株克隆到12条NRPS A结构域基因片段,其中5株活性菌株同时含有PKS I型KS结构域基因片段。据此为从聚酮和非核糖体肽等生物合成途径深入研究活性菌株的次级代谢产物提供了基因学证据。

39株内生放线菌次级代谢产物的合成潜能

为了解药用植物内生放线菌次级代谢产物合成潜能,采用2种不同的发酵培养基对39株分离自5种药用植物根部的内生放线菌进行发酵,利用甲醇抽提发酵液,然后对抽提液进行13株病原指示菌的抗菌活性测定.结果显示32株(82%)供试菌的发酵抽提液至少对1种病原指示菌表现出抑制活性.为进一步评价供试菌株的次级代谢产物合成潜能,对所有供试菌株的基因组DNA进行了聚酮合酶(PKS)基因与非核糖体肽合成酶(NRPS)基因的扩增及检测.结果表明:所有供试菌株至少能扩增出1种次级代谢产物合成基因,其比例为PKS Ⅰ型(1)(59%)),PKS Ⅰ型(2)(62%),PKS Ⅱ型(82%),NRPS(1)(100%),NRPS(2)(100%),表明大多数药用植物内生放线菌具有合成聚酮类和非核糖体肽类化合物的潜能,在适宜的培养条件下可能产生这些种类的活性物质,有待进一步开发.

纳他霉素在纳塔尔链霉菌中的合成及其调控机制的研究进展

纳他霉素作为一种多烯大环内酯类抗生素,是纳塔尔链霉菌的次级代谢产物。它不仅能够有效地抑制真菌的生长,还能够抑制黄曲霉毒素的形成,因而广泛应用于食品防腐剂和真菌角膜炎的治疗等领域。纳他霉素首先由乙酸激活聚酮合酶(PKS)催化合成纳他霉素的骨架环,再由系列相关合成酶对其进行加工修饰,此过程涉及系列基因簇的表达调控机制,如转录调节子的调节、途径特异性调节、总体调控、交叉调节及胞内ROS调节等。完整的纳他霉素分子形成后由胞内转运子运出胞外。结合纳他霉素的研究进展,对其未来的研究方向进行了展望。

抗菌和细胞毒活性海洋细菌的筛选及其次生代谢基因证据

从不同海域的海水、海泥和海洋生物中分离海洋细菌,利用琼脂扩散法和MTT法对细菌培养液的乙酸乙酯提取物进行了抗菌和细胞毒活性筛选,并对具有细胞毒活性的细菌菌株进行了16SrRNA系统发生学分析和多聚酮合酶(PKSⅠ型)、非核糖体肽合成酶(NRPS)的筛选。结果显示,在分离到的346株海洋细菌中,42株细菌具有抗菌活性,12株具有细胞毒活性。对12株具有细胞毒活性的细菌菌株进行了16SrRNA系统发生学分析,它们分别属于Agrobacterium,Pseudoalteromons,Bacillus,Paracoccus,Rheinheimera,Aerococcus,Exiguobacterium和Alteromonas8个属。对这12株具有细胞毒活性的细菌菌株进行进一步的PKS和NRPS筛选,得到了4株含有PKSⅠ型的KS结构域或NPRS的A结构域的海洋细菌,为从聚酮和非核糖体肽等生物合成途径去深入研究其次生代谢产物提供了基因学的证据。

新颖的黏细菌模块化天然产物装配线

黏细菌的显著特征之一是能够合成结构多样、功能丰富的天然产物.模块化聚酮合酶(PKS)和非核糖体肽合成酶(NRPS)途径是黏细菌合成天然产物的主要方式.与经典模块PKS/NRPS相比,黏细菌来源的模块化PKS/NRPS常表现出新颖的装配特征,显示出多样化的遗传加工潜能和装配产物结构多样性.本文综合归类分析了黏细菌来源的模块化PKS/NRPS遗传装配线类型及其对应化合物的生化结构特征,图文并茂地呈现了黏细菌在遗传、生化、组合生物合成、进化和药物开发领域的生机和潜能,并展望了基因组学时代带来的契机.

芍药内生真菌的鉴定及产生活性次生代谢产物的评估

【目的】研究药用植物芍药(Paeonia lactiflora Pall.)内生真菌的种群多样性,同时对其可能存在的聚酮合酶(Polyketide synthase,PKS)和非核糖体多肽合成酶(Non-ribosomal peptide synthetase,NRPS)基因多样性进行评估,预测芍药内生真菌产生活性次生代谢产物的潜力。【方法】采用组织分离法获得芍药根部内生真菌菌株,结合形态学特征和ITS序列分析,进行鉴定;利用兼并性引物对内生真菌中存在的聚酮合酶(PKS)基因和非核糖体多肽合成酶(NRPS)基因进行PCR扩增及序列测定分析,构建系统发育树,明确芍药内真菌PKS基因序列和NRPS基因序列的系统进化地位。【结果】从芍药组织块中共分离得到105株内生分离物,去重复后获得52株内生真菌,菌株ITS基因序列信息显示,52株芍药内生真菌隶属于7目、13科、15属,其中小球腔菌属(Leptosphaeria)、土赤壳属(Ilyonectria)和镰孢属(Fusarium)为优势种群;从52株内生真菌中筛选获得13株含PKS基因片段的菌株,8株含NRPS基因片段的菌株,部分菌株功能基因的氨基酸序列与Gen Bank中已知化合物的合成序列具有一定的同源性,预示芍药根部内生真菌具有合成丰富多样的次生代谢产物的潜力。【结论】药用植物芍药根部具有丰富的内生真菌资源,且具有产生活性次生代谢产物的潜力,值得进一步开发研究和应用。